Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio

Apresentação em tema: "Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio"— Transcrição da apresentação:

1 Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio
ABECE - Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural São Paulo, 2010 Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio Proposta de revisão da NBR 15200:2004 Prof. Dr. Valdir Pignatta e Silva Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Autor de 4 livros e de mais de 100 artigos publicados Pesquisador CNPq Membro de: IAFSS – International Association for Fire Safety Science; ALBRASCI - Associação Luso-Brasileira para Segurança contra Incêndio GSI – Grupo de pesquisa em segurança contra incêndio da USP Coordenador do programa de pós-graduação em engenharia civil da EPUSP ( ) Coordenador da comissão de estudos ABNT: "Segurança das estruturas em situação de incêndio" ( )

2 Rookery Building, 1888 Considerado o mais velho arranha-céu existente em Chicago O edifício representa a estrutura transitória na evolução para arquitetura moderna, uma vez que emprega tanto paredes de alvenaria em seu exterior, quanto o esqueleto de aço em seu interior. Seu lobby foi remodelado em 1907 por Frank Lloyd Wright Altura: 55m

3 Reliance Building, 1890 Foi o primeiro arranha-céu a possuir fachada com grandes janelas de vidro Seus primeiros 4 andares foram erguidos em A adição de mais 10 andares em 1895 marcou a primeira conquista global do método construtivo da Escola de Chicago Desde 2006 abriga o Hotel Burnham

4 No século XIX, quando edifícios de múltiplos andares de aço começaram a ser construídos, o concreto era utilizado como material de revestimento do aço, sem função estrutural, mas, com grandes espessuras, em vista de o concreto não ser um isolante ideal. Anos após, o concreto foi também aproveitado como elemento estrutural, trabalhando em conjunto com o aço para resistir aos esforços, inicialmente na função de piso. Em histórica publicação, FREITAG (1899) comenta sobre o comportamento do concreto em altas temperaturas. Ensaios demonstraram que havia redução de resistência, mas, não era preocupante, em vista do uso para lajes de pequenos vãos. Em seguida surgem as estruturas mistas (vigas e pilares) de aço e concreto. Mais tarde, iniciou-se a construção de edifícios de múltiplos andares de concreto armado. MÖRCH (1948) escreve interessante artigo alertando para a necessidade de verificação de estruturas de concreto armado em incêndio, associando-a apenas à armadura no seu interior.

5 Edifício Nova Iguaçú, 2000? 8 pavimentos Ed. CESP – São Paulo, 21/05/1987 Sede I → 19 pavimentos Sede II → 21 pavimentos Depósito das Lojas Zêlo S.A. – Barueri, 1995

6 Condomínio Edifício Cacique – Porto Alegre
26/06/1996, 26 pavimentos Ed. Eletrobrás Rio de Janeiro 26/02/2004 22 pavimentos Aeroporto Santos Dumont Rio de Janeiro, 13/02/1998 Depósito Nestlé, São Bernardo do Campo, 2001

7 Edifício residendial São Petersburgo 03/06/2003 9 pavimentos Katrantzos Sport– Atenas 19/12/1980 Loja de departamentos, 8 pav. Mercado Modelo Montevidéo 04/12/1995 Overland 06/07/1973 Military Personnel Record Center 6 pavimentos Alexandria 21/07/2000 Fábrica de roupas, 6 pav.

8 Edifício garagem – subsolo
Gretzenbach (Suiça) 27/11/2004 Fac. Arquitetura Delft (Países Baixos) 13/08/2008 9 pavimentos Biblioteca – subsolo Linköping (Suécia) 21/09/2006

9 Andraus Joelma 1975 – Dec. Lei n° 8266, de 20 de junho de Art. 92 – “Para o efeito da segurança contra incêndio, os elementos componentes da estrutura de sustentação do edifício e da escada de segurança deverão ter resistência ao fogo de 4 (quatro) horas, no mínimo.” 1975 – Dec. Lei nº 684, de 30 de setembro de Autoriza o Poder Executivo a celebrar convênios com Municípios, sobre Serviços de Bombeiros. (1975/1976 Dec. Lei n°897 - RJ – Segurança Contra Incêndio e Pânico)

10 1980 – NBR 5627 “Exigências particulares das obras de concreto armado e protendido em relação à resistência ao fogo – Procedimento” qfi  60 kg/m2 -> TRRF = 120 min para elementos essenciais à estabilidade global da estrutura (pilares/vigas de transição) -> TRRF = 60 min para os demais qfi > 60 kg/m2 ->TRRF = 2  qfi (60 min – 240 min) Obs. altura  12 m ->TRRF = 60 min

11 11/9/1990 - Lei N.º 8.078 - Código de defesa do consumidor
Seção IV - Das Práticas Abusivas, Art. 39. É vedado ao fornecedor de produtos ou serviços: VIII – "colocar, no mercado de consumo, qualquer produto ou serviço em desacordo com as normas expedidas pelos órgãos oficiais competentes ou, se normas específicas não existirem, pela Associação Brasileira de Normas Técnicas ou outra entidade credenciada pelo Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial - Conmetro".

12 1993 - Decreto Estadual Nº 38069/93 IT- CB-002/33/94 - Exigências para edifícios com estrutura metálica (just.: NBR 5627:1980) 1999- IT- CB-011/33/99 – “Segurança Estrutural dos Edifícios - Resistência ao Fogo dos Elementos Construtivos” (explicitamente: NBR 5627:1980) 2000 – NBR “Exigências de resistência ao fogo dos elementos construtivos das edificações” Decreto Estadual N° /01 IT CB N° 08/2001 (NBR 14432:2000, NBR 5627:1980) 2002 – cancelada a NBR 5627:1980 NBR – Projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio IT CB Nº 08/2004 (ref.: NBR 14432:2000, NBR 15200:2004, NBR 14323:1999, Eurocode)

13 Decreto-Lei n° 46.076/2001 de São Paulo
Institui o Regulamento de Segurança contra Incêndio das edificações e áreas de risco para os fins da Lei nº 684, de 30 de setembro de 1975 e estabelece outras providências.

14 38 Instruções Técnicas Procedimentos Administrativos Conceitos Básicos de Proteção Contra Incêndio. Terminologia de Proteção Contra Incêndio. Símbolos Gráficos para Projeto de Segurança Contra Incêndio. Segurança Contra Incêndio - Urbanística. Acesso de Viatura na Edificação e Área de Risco. Separação entre Edificações. Segurança Estrutural nas Edificações - Resistência ao fogo dos elementos de construção. Compartimentação Horizontal e Compartimentação Vertical. Controle de Materiais de Acabamento e Revestimento. Saídas de Emergência em Edificações. Dimensionamento de Lotação e Saídas de Emergência em Recintos Esportivos e de Espetáculos Artístico - Culturais. Pressurização de Escada de Segurança. Carga de Incêndio nas Edificações e Áreas de Risco. Controle de Fumaça. Brigada de Incêndio Iluminação de Emergência. Sistemas de Detecção e Alarme de Incêndio. Sinalização de Emergência. Sistema de Proteção por Extintores de Incêndio. Sistema de Hidrantes e de Mangotinhos para Combate a Incêndio. Sistema de Chuveiros Automáticos. Sistema de Resfriamento para Líquidos e Gases Inflamáveis e Combustíveis. Sistema de Proteção por Espuma. Sistema Fixo de Gases para Combate a Incêndio. Armazenagem de Líquidos Inflamáveis e Combustíveis. Manipulação, Armazenamento, Comercialização e Utilização de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP). Comercialização, Distribuição e Utilização de Gás Natural. Fogos de Artifício. Heliponto e Heliporto. Medidas de Segurança para Produtos Perigosos. Cobertura de Sapé, Piaçava e Similares. Hidrante de Coluna. Túnel Rodoviário. Pátios de Contêineres. Subestações Elétricas. Proteção Contra Incêndios em Cozinhas Profissionais. Segurança Estrutural nas Edificações - Resistência ao fogo dos elementos de construção

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17 ABNT NBR 14432:2000 elementos estruturais de quaisquer materiais (concreto, aço, madeira, etc.)

18 Tempos requeridos de resistência ao fogo – TRRF (resumo)
Ocupação/uso Altura da edificação h6m 6mh12m 12m<h23m 23m<h30m h>30m Residência 30 60 90 120 Hotel Supermercado Escritório Shopping Escola Hospital Igreja

19 Resistência ao fogo isolamento estabilidade estanqueidade

20 - TRRF - tempo requerido de resistência ao fogo

21 (inflamação generalizada)
Curva temperatura-tempo de um incêndio temperatura temperatura máxima do incêndio combustão completa todo material combustível em combustão fase de aquecimento fase de resfriamento ignição não há riscos para a estrutura pode haver enfumaçamento flashover (inflamação generalizada) tempo

22 Equilíbrio térmico gases
carga de incêndio (MJ/m² , kg madeira equivalente/m²) grau de ventilação características térmicas do material do elemento de compartimentação

23 Modelo do incêndio-padrão
NBR 5628/NBR 14432 ISO 834 q = 345 log (8 t +1) + 20°C temperatura tempo

24  t t1,máx Tabelas Método do tempo equivalente 345 log (8 t +1) + 20°C
inc.1 – alta ventilação e alta carga de incêndio temperatura máxima do incêndio (fictícia para efeito de projeto) curva padronizada de incêndio 1,máx inc.2 – valores intermediários 2,máx inc.1 – baixa ventilação e baixa carga de incêndio 3,máx t t1,máx t2,máx t3,máx TRRF (tempo fictício) Tabelas Método do tempo equivalente

25 TRRF O TRRF é dedutível pela engenharia
mecânica das estruturas, fenômenos de transporte, ciência dos materiais, dinâmica do fogo Não confundir TRRF com valores subjetivos fixados pelo poder público, tais como: horário de silêncio, velocidade máxima nas vias públicas, idade mínima recomendada para espetáculos, etc. O TRRF não é tempo de desocupação, tempo de duração do incêndio ou tempo-resposta do Corpo de Bombeiros ou brigada de incêndio Dificuldade para dedução levou ao consenso NBR 14432

26 Segurança estrutural Incêndio-padrão TRRF Temperatura (°C) 30 120 90
30 120 90 Tempo (min) 60 incêndio-padrão Estrutura não atinja estado limite último de incêndio tempo padronizado TRRF

27 NBR 15200 ABNT NBR 15200:2004

28 Sumário Prefácio 1 Escopo 2 Referências normativas 3 Definições 4 Simbologia 5 Requisitos gerais 6 Propriedades dos materiais em situação de incêndio 7 Ação correspondente ao incêndio 8 Verificação de estruturas de concreto em situação de incêndio Anexo A - Método do tempo equivalente Anexo B – Diagrama tensão-deformação do concreto Anexo C - Diagrama tensão-deformação do aço Anexo D - Método simplificado para a determinação do tempo de resistência ao fogo de pilares Anexo E - Método tabular geral para dimensionamento de pilares Anexo F - Propriedades térmicas do concreto

29 1 Objetivo Esta Norma estabelece os critérios de projeto de estruturas de concreto em situação de incêndio e a forma de demonstrar o seu atendimento. Esta Norma se aplica às estruturas de concreto projetadas de acordo com as NBR 6118 e NBR 9062. 4.2 Os objetivos gerais da verificação de estruturas em situação de incêndio são: limitar o risco à vida humana; limitar o risco da vizinhança e da própria sociedade; limitar o risco da propriedade exposta ao fogo.

30 Método tabular Método simplificado de cálculo Métodos gerais de cálculo Método experimental

31 MÉTODO TABULAR

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35 Os valores de h (espessura da laje) indicado nas tabelas são os mínimos para garantir a função corta-fogo. Caso não haja essa exigência a espessura das lajes poderá ser a calculada para a temperatura normal conforme ABNT NBR 6118.

36 espessura total da laje
revestimento espessura total da laje argamassa de cal & areia h = h1 + 0,67. h2 argamassa de cimento Portland & areia h = h1 + h2 revestimento de gesso, fibra de amianto ou vermiculita h = h1 + 2,5.h2 no cálculo das espessuras mínimas e distâncias à face do concreto (c1) pode-se considerar o revestimento, respeitadas as seguintes prescrições: - revestimentos aderentes de argamassa de cal e areia (aderência à tração de acordo com a NBR maior ou igual a 0,2 MPa) têm 67% de eficiência relativa ao concreto; - revestimentos de argamassa de cimento e areia aderentes (aderência à tração de acordo com a NBR maior ou igual a 0,2 MPa) têm 100% de eficiência relativa ao concreto; - revestimentos protetores à base de gesso, vermiculita ou fibras com desempenho equivalente, desde que aderentes (aderência à tração de acordo com a NBR maior ou igual a 0,2 MPa), têm 250% de eficiência relativa ao concreto; isto é, pode-se majorar essas espessuras de 2,5 vezes antes de somá-las à dimensão do elemento estrutural revestido;

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38 Valores de c1 em mm, para armadura passiva
Os valores de c1 indicados nas tabelas foram determinados admitindo-se Para valores menores, c1 pode ser reduzido de c1 Valores de c1 em mm, para armadura passiva 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 2 4 5 6 7 0,65 3 9 0,6 8 10 0,55 11 0,5 12 0,45 13 0,4 14 15

39 b d2 d1 def bw (a) Largura constante (b) Largura variável (c) Seção I

40 As,calc (x) = As,calc (0) × (1 – 2,5 x/ℓef)
Para vigas contínuas com TRRF ≥ 90 min, a área de armaduras negativas entre a linha de centro do apoio e 0,3 ℓ não deve ser menor do que: As,calc (x) = As,calc (0) × (1 – 2,5 x/ℓef) “x” é a distância entre a linha de centro do apoio e a seção considerada 0,3ℓ 0,4ℓ Envoltória à temperatura normal Diagrama em incêndio para t=0 Diagrama em situação de incêndio Limite mínimo para armadura negativa em incêndio

41 As tabelas que fornecem as dimensões mínimas das vigas e o valor de c1 das armaduras inferiores, em função dos TRRF, foram construídas com a hipótese de vigas com aquecimento em 3 lados, sob laje. Os valores indicados nessas tabelas poderão ser empregados também para o caso de vigas aquecidas nos 4 lados, desde que sua altura não seja inferior a bmín e a área da seção transversal da viga não seja inferior a 2 × b2mín.

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46 Deformação linear específica do concreto em situação de incêndio
Deformação elasto-plástica inicial à temperatura constante Deformação térmica, independente do carregamento (dilatação) Deformação devido à retração, independente do carregamento Deformação devido à fissuração Lits – load induced thermal strain = diferença entre deformação medida durante o aquecimento sem carga e a durante o aquecimento sob carga TTS - Transient thermal strain Deformação devido à fluência (elementos igualmente carregados sob 2 taxas de aquecimento) Deformação devido à alteração do módulo de elasticidade com a temperatura

47 Diagrama tensão deformação do concreto
Redutor de resistência do concreto Condutividade térmica do concreto Calor específico do concreto Densidade do concreto Alongamento do concreto p, y, = 0, t, u, fy, fp,    E=tg Diagrama tensão deformação do aço Redutor de resistência do aço

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49 Engenharia de estruturas em situação de incêndio
Canadá Estados Unidos Inglaterra Escócia Bélgica Países Baixos França Suécia Noruega Finlândia Dinamarca Suíça Portugal Japão China Singapura Austrália Nova Zelândia Engenharia de estruturas em situação de incêndio Engenharia de estruturas em situação de incêndio Engenharia de estruturas em situação de incêndio Engenharia de estruturas em situação de incêndio EPUSP EESC/USP UNICAMP UNESP UFMG UFRGS UFPE UFOP UFES UNB UFRJ UFRN NBR 14432:2000 NBR 14323:1999 NBR 15200:2004

50 1º Congresso Ibero-Latino-Americano sobre Segurança contra Incêndio
Obrigado pela atenção! 1º Congresso Ibero-Latino-Americano sobre Segurança contra Incêndio Natal, 10-12/março/2011